淺談公路橋梁加固技術方案
2011-12-26
隨著我國交通量日益增加,單車重量也不斷增大。為了適應道路運輸載重量不斷發(fā)展的要求,人們發(fā)現(xiàn)橋梁的混凝土開裂、剝落、衰變及鋼筋的銹蝕（管道灌漿不飽滿普遍存在）對橋梁的損害問題非常嚴重,需要大量的資金來維護或改建,現(xiàn)實使人們開始重視混凝土橋梁的耐久性。提高混凝土橋梁耐久性的技術途徑有兩個,一是采用高性能混凝土,以提高混凝土的抗?jié)B性、勻質性、抗凍性,從而提高混凝土抵抗碳化和冷凍侵襲的能力；另外一種是提高既有橋梁耐久性的有效途徑即對缺陷橋梁進行加固改造,延長其使用壽命。
一、工程概況
某橋為一斜腿剛架鋼筋混凝土橋,1973年建成,通車至今已30多年。全橋在橫橋向由六個剛架片組成,剛架片之間通過橋面連續(xù)以及橫隔板連接,每個剛架片在拱腳和跨中鉸接,形成三鉸斜腿剛架橋。邊跨梁一端直接擱置在橋臺上,另一端擱置在中跨主梁端部的牛腿上。主橋計算跨徑21.65M。全橋長26M,橋面凈寬7M。設計荷載汽一26,拖一100。由于種種原因,橋梁結構出現(xiàn)了一些病害,主要有斜腿主筋、箍筋出現(xiàn)銹蝕,鐵銹膨脹引起混凝土保護層剝落等。
二、橋粱加固的基本方法與原則
1、加固原則
加固設計以原橋為基礎,在不改變原橋結構型式的前提下,對原橋主要受力構件進行加固,加固設計必須考慮以下幾個重點：
1、下部結構具有足夠的潛力。
2、加固后必須要達到能通過重噸的單車的要求。
3、因為下部是航道,所以在跨中腹板和斜腿加固過程中,應盡量保持原有凈空,不得使下部空間削減過多。
4、對各開裂構件的表面進行修補,保證構件表面光滑而連續(xù)。
5、在補強的同時,應注意加固物本身自重對原橋的影響。
6、加固后保持橋梁的整體美觀。
2、加固方法
根據(jù)目前該橋的交通情況,通過加固,將原橋設計荷載提高為能通過單車重車噸加固設計、加固施工完成后,還要對該橋進行靜力荷載試驗,以檢測橋梁加固工程是否合格,確保其安全性。加固蓋梁和橋墩,待橋墩壓漿完畢,橋梁整體穩(wěn)定后再進行封閉蓋粱與橋墩裂縫,蓋梁底部出現(xiàn)裂縫的部位作環(huán)氧硅,增加蓋梁截面積,蓋梁側面粘貼鋼板橋墩外側先縱向粘貼碳纖維片,再環(huán)向粘貼碳纖維片將裂縫部位封住。
橋梁加固一般是通過對構件的補強和結構性能的改善來恢復或提高現(xiàn)有橋梁的承載能力,以延長使用年限,適應現(xiàn)代交通運輸?shù)囊蟆Ｆ涓脑斓闹饕夹g途徑有加強薄弱構件、增加輔助構件、改變結構體系、減輕恒載、加固墩臺及基礎等。
三、加固理論計算
為了從整體上把握橋身在加固前各個部分在外部荷載作用下所產生的應力分布特征,找到最不利截面,為加固方案提供詳細的理論依據(jù),特利用大型有限元計算軟件ANSYS對該橋梁結構進行了數(shù)值模擬分析。
1、計算模型采用數(shù)據(jù)
主跨、邊跨型梁截面基本尺：T梁全高；H=800MM，上翼緣寬：B1=1250MM，翼緣高度：T=220MM；T梁下寬：B=250MM。
斜腿支點附近矩形截面基本尺寸：截面高度：H=500MM，截面寬度：B=250MM，材料特性：C30混凝土強性模量：E=3.0*10MPA；混凝土泊松比：V=0.1667。鋼材泊松比：V=0.3。
2、有限元模型建立
全橋橫向共由六榻梁組成,各棍梁的形態(tài)結構均一致,因此,先對單榻梁以及斜腿建立有限元計算模型?？紤]到主梁結構復雜,斜腿截面沿縱橋向變化,為了能更真實的反映結構的空間特性,采用8節(jié)點的solid45空間實體單元進行模擬共劃分節(jié)點6868個單元,4202個離散;如圖1所示:
3、支承條件
由于加固將改變整個橋梁的支承條件,即將中跨跨中的鉸接改回原設計方案中的固接,同時,將斜腿趾部的鉸接改為固接,這會導致整個剛架片的應力重分布,而后的加固正是針對應力重分布后的結構進行處理的,因此,在有限元模擬加固前的結構應力分布時,各截面尺寸雖然按照加固前計算,但支承條件,在中跨跨中和斜腿趾部按照固接計算,而其他部位按鉸接算。
四、加固措施
1、封縫處理
先用鋼絲刷清除裂縫表面的灰塵、浮碴及松散物,確定需要封閉的范圍,用氣壓0.2MPA的壓縮空氣清除縫內浮塵,用工業(yè)丙酮將裂縫刷洗干凈。沿清理好的縫涂一層環(huán)氧樹脂膠留出埋設灌漿底座的位置,待膠干后用樹脂膠埋設灌漿底座。灌漿材料選用一灌漿材料,在干燥或潮濕環(huán)境下固化具有收縮性小、強度高、韌性好、可灌性好等特點,漿液配比均有說明。
施工順序先將配制好的漿液吸人軟管,裝好注漿器,逐孔灌漿,如單孔不足可取下灌漿器補充后再繼續(xù)灌注,灌后及時堵死灌漿孔。灌漿完畢待樹脂初凝后鑿除灌槳底座,并用環(huán)氧樹脂膠封縫.
2、蓋梁加固
蓋梁側面粘貼的鋼板應預先設計尺寸裁出備用,在蓋梁側面放出粘鋼位置大樣用切割機沿邊線切割砼深1CM,然后用鋼釬鑿毛,剔出帶槽，在剔好的槽內按設計錨固間距鉆孔,空乓機吹凈孔內粉塵后用配好的環(huán)氧樹脂在孔內植人螺栓。根據(jù)蓋梁預埋螺栓情況確定鋼帶鉆孔位置,用角磨機對鑰板貓合面除銹并打出橫紋貓結前用丙酮對鋼板貓結面及鹼表面進行擦拭,以去除灰塵及油漬。硅表面用毛刷涂一道環(huán)氧膠液,鋼板翁結面涂抹配好的環(huán)氧砂漿,砂漿涂抹宜中厚外薄,均勻一致,然后對準孔位粘合到硅表面。鋼板粘好后立即緊固螺母,交替間隔緊固,同時不斷輕敲鋼板使砂漿擴散,排出氣泡,使鑰板平整,漿體飽滿密實。粘完鋼板30H后,用小錘輕敲鋼板表面,判斷密實程度如鋼板貓結面小于此應剝下重粘。鋼板貓結合格后應及時刷防銹漆。鋼板的環(huán)氧砂漿固化后,支立模板在蓋梁底部澆筑環(huán)氧砂漿。環(huán)氧鹼應澆筑密實,與原硅結為一體。
3、橋墩加固處理
設計要求橋墩側面裂縫封縫后先在側面縱向粘貼兩層碳纖維片,再環(huán)向粘貼兩層碳纖維片。碳纖維片與其他加固方法相比具有高強、耐腐蝕、不增加構件自重、便于施工等特點。加固前對加固橋面進行交通控制,盡可能對加固構件卸荷對加固底面的硅表層出現(xiàn)的剝落、空鼓、腐蝕等部位應先鑿除,用角磨機、砂紙等除去鹼表面的浮漿、油污,構件表面打磨平整,轉角處打成圓弧狀。硅表面清理干凈并保持干燥。將底層樹脂均勻刷于鹼表面,待固化后以指觸干燥為準,再將構件表面凹陷部位用找平膠填平。浸潤膠調好后均勻涂于待粘貼部位,將裁好的碳纖維片粘于構件上用滾筒反復滾壓去除氣泡,將浸潤膠充分浸透碳纖維片,待碳纖維片表面指觸干燥后可進行下一層的粘貼。在最后一層碳纖維片表面均勻涂抹浸潤膠。碳纖維片端部用橫向碳纖維片固定。碳纖維片與鹼的粘結質量可用手壓碳纖維片表面的方法檢查,總有效面積不應小于95%,當空鼓面積小于10000MM2時,可用針管注膠的方法進行修補,當空鼓面積大于10000MM2時應將空鼓部位的碳纖維片切除重新搭接等量的碳纖維片,搭接長度不應小于100MM。加固后的碳纖維片表面應涂一層水泥漆進行保護。
五、結束語
總之,公路橋梁加固技術是二十一世紀公路橋梁施工領域發(fā)展速度最快、用途最廣的一門科學技術。然而加固施工工藝相對較復雜，要求橋梁加固工程取長補短,不僅延長了原橋的使用壽命,同時還增強了原橋的承載能力。因此,加速我國舊橋加固或改造技術的研究,不僅能更好地、及時地為現(xiàn)代交通運輸服務,而且能為國家?guī)砭薮蟮慕洕б婧蜕鐣б妗?br />
